鎂冶煉與鎂合金熔煉工藝

《鎂冶煉及鎂合金熔煉工藝(第2版)》結(jié)合鎂及鎂合金生產(chǎn)企業(yè)的實(shí)際情況和近年來的技術(shù)進(jìn)展，較詳細(xì)地闡述了從鎂冶煉到鎂合金熔煉、過程中各個(gè)環(huán)節(jié)的工藝技術(shù)、設(shè)備等知識(shí)，可為從事鎂及鎂合金研發(fā)、生產(chǎn)的人員提供指導(dǎo)，更適合于作為工廠技術(shù)人員的培訓(xùn)用書。

上篇鎂冶煉工藝

第1章概論

1.1國(guó)內(nèi)外鎂工業(yè)

1.1.1鎂的發(fā)展階段

1.1.2世界鎂工業(yè)

1.1.3我國(guó)鎂工業(yè)

1.2鎂礦資源

1.3鎂及鎂合金的應(yīng)用

1.3.1鎂的應(yīng)用

1.3.2鎂合金的應(yīng)用

第2章硅熱還原法

2.1硅熱法煉鎂的工藝流程

2.1.1概述

2.1.2硅熱還原法的特點(diǎn)

2.1.3硅熱法煉鎂的工藝流程

2.2煅燒白云石

2.2.1白云石的分解

2.2.2煅燒白云石控制的條件

2.2.3煅燒回轉(zhuǎn)窯及其操作

2.2.4其他煅燒設(shè)備

2.2.5煅燒白云石的產(chǎn)物

2.3還原爐料的準(zhǔn)備

2.3.1還原劑的選擇

2.3.2添加劑的選擇

2.3.3煅白、螢石及硅鐵的配料

2.3.4煅白、螢石及硅鐵的磨粉工藝和設(shè)備

2.3.5爐料的制團(tuán)工藝及設(shè)備

2.4鎂的真空熱還原

2.4.1真空熱還原過程的特點(diǎn)

2.4.2真空熱還原的基本原理

2.4.3影響還原過程的因素

2.5還原罐

2.5.1還原罐的結(jié)構(gòu)和工作環(huán)境

2.5.2還原罐的材質(zhì)

2.5.3影響罐體使用壽命的因素

2.6燃?xì)饣蛉济哼€原爐

2.6.1煤氣加熱的還原爐

2.6.2用煤加熱的外熱式還原爐

2.6.3燃?xì)饣蛉济哼€原爐的生產(chǎn)實(shí)踐

2.6.4熱還原輔助設(shè)備

2.7蓄熱式還原爐

2.7.1蓄熱燃燒系統(tǒng)的原理

2.7.2傳統(tǒng)燃燒與蓄熱式燃燒

2.7.3蓄熱式還原爐換向方式

2.8半連續(xù)和連續(xù)生產(chǎn)真空還原爐

2.8.1熔渣導(dǎo)電半連續(xù)生產(chǎn)真空還原爐

2.8.2連續(xù)還原爐

2.9鎂蒸氣的冷凝與結(jié)晶

2.10硅熱法還原的產(chǎn)物

2.11硅熱法煉鎂中的安全環(huán)保問題

2.12硅熱法煉鎂新工藝

第3章電解法煉鎂

3.1電解法煉鎂的工藝流程

3.1.1概述

3.1.2各種煉鎂工藝流程

3.2氯化鎂的制備方法

3.2.1道屋法

3.2.2阿瑪克斯法

3.2.3氧化鎂氯化法

3.2.4諾斯克法

3.3水氯鎂石（MgCl2?6H2O）制備氯化鎂

3.3.1氯化鎂水合物脫水的基本原理

3.3.2氯化鎂水合物脫水與水解的相圖

3.3.3水氯鎂石的一次脫水

3.3.4水氯鎂石的二次脫水

3.4菱鎂礦（氧化鎂）氯化制備氯化鎂

3.4.1氧化鎂氯化的基本原理

3.4.2氧化鎂的制備及氯化設(shè)備

3.4.3影響氧化鎂氯化的因素

3.4.4氧化鎂的氯化工藝

3.5電解質(zhì)

3.5.1電解質(zhì)的組成

3.5.2電解質(zhì)的性質(zhì)

3.5.3電解質(zhì)組成對(duì)電解過程的影響

3.5.4電解質(zhì)中雜質(zhì)對(duì)電解過程的影響

3.6鎂的電解

3.6.1鎂電解的電流效率及影響因素

3.6.2鎂電解中的電能消耗

3.6.3鎂電解用的電解槽

3.6.4鎂電解工藝

第4章粗鎂精煉與鎂錠的表面處理

4.1粗鎂精煉的工藝流程

4.1.1粗鎂精煉概述

4.1.2粗鎂精煉的工藝流程

4.2粗鎂

4.2.1粗鎂的化學(xué)組成及質(zhì)量等級(jí)

4.2.2粗鎂中雜質(zhì)的來源及分布情況

4.2.3粗鎂除雜方法

4.3粗鎂的熔劑精煉法

4.3.1對(duì)熔劑的要求及熔劑組成

4.3.2熔劑精煉的操作

4.3.3熔劑精煉的設(shè)備

4.4其他精煉方法

4.4.1添加劑深度精煉

4.4.2升華精煉

4.4.3感應(yīng)精煉爐精煉

4.5澆注鎂錠

4.5.1影響鎂錠澆注的因素

4.5.2連續(xù)鑄錠機(jī)

4.5.3人工澆注

4.5.4鎂錠

4.6鎂錠的表面處理

4.6.1鎂錠腐蝕的原因

4.6.2鎂錠表面的處理方法

下篇鎂合金熔煉工藝

第5章鎂合金的牌號(hào)、分類及性能

5.1鎂合金的牌號(hào)

5.1.1美國(guó)牌號(hào)

5.1.2中國(guó)牌號(hào)

5.1.3前蘇聯(lián)牌號(hào)

5.1.4其他牌號(hào)及部分鎂合金相近牌號(hào)對(duì)照

5.2鎂合金的分類

5.2.1化學(xué)成分

5.2.2成形工藝

5.2.3是否含鋯

5.3鎂合金的性能

5.3.1鑄造鎂合金的性能及特點(diǎn)

5.3.2變形鎂合金的性能及特點(diǎn)

第6章鎂合金熔煉的基本原理

6.1鎂的合金化

6.1.1鎂的合金化特點(diǎn)

6.1.2鎂的合金化強(qiáng)化原理

6.1.3鎂合金中合金元素對(duì)組織和性能的影響

6.2鎂合金系及相圖

6.2.1Mg Al二元系相圖

6.2.2Mg Zn二元系相圖

6.2.3Mg Mn二元系相圖

6.2.4Mg Li二元系相圖

6.2.5Mg RE系合金

6.2.6其他合金相圖

6.3鎂合金的一些物理化學(xué)特性

6.3.1鎂與氧的作用

6.3.2鎂與氫的相互作用

6.3.3鎂與氮的相互作用

6.3.4鎂與硫及SO2的相互作用

6.3.5氯氣與鎂及其合金組元的作用

6.3.6鎂與B2O3的作用

6.3.7鎂與水的作用

第7章鎂合金生產(chǎn)前的準(zhǔn)備工作

7.1各種工具及材料的準(zhǔn)備

7.1.1生產(chǎn)鎂合金用工具的準(zhǔn)備

7.1.2坩堝的準(zhǔn)備

7.1.3涂料的準(zhǔn)備

7.1.4爐料及熔煉用輔助材料的準(zhǔn)備

7.2配料

7.2.1用粗鎂或鎂錠生產(chǎn)鎂合金的配料操作注意事項(xiàng)

7.2.2生產(chǎn)鎂合金各金屬加入量的計(jì)算

7.2.3熔劑的選用及用量

7.2.4用坩堝爐熔煉MgAl系合金的操作與步驟

7.2.5各種鑄造鎂合金的推薦配料成分

7.3中間合金的制備

7.3.1中間合金的成分

7.3.2各種中間合金的制備方法

第8章鎂合金生產(chǎn)用設(shè)備及安全技術(shù)與操作

8.1鎂合金的熔煉設(shè)備

8.1.1反射爐

8.1.2坩堝爐

8.1.3工頻感應(yīng)爐

8.1.4雙室熔煉爐和三室熔煉爐

8.2鎂合金的澆注設(shè)備

8.2.1氣體保護(hù)半連續(xù)澆注機(jī)

8.2.2澆注鎂合金錠用結(jié)晶槽和漏斗

8.2.3其他常用澆注工具

8.3電氣控制系統(tǒng)

8.4鎂合金生產(chǎn)的安全技術(shù)與操作

8.4.1鎂合金發(fā)生燃燒和爆炸的化學(xué)反應(yīng)機(jī)理

8.4.2鎂合金生產(chǎn)的安全技術(shù)

8.4.3鎂合金生產(chǎn)的安全操作條例

第9章鎂合金生產(chǎn)工藝

9.1鎂合金生產(chǎn)工藝概要

9.1.1鎂合金生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)

9.1.2鎂合金的生產(chǎn)技術(shù)

9.2鎂合金的生產(chǎn)工藝流程

9.2.1熔劑保護(hù)鎂合金的生產(chǎn)工藝流程

9.2.2氣體保護(hù)鎂合金的生產(chǎn)工藝流程

9.3反射爐熔煉鎂合金工藝

9.4坩堝爐熔煉鎂合金工藝

9.5熔劑法熔煉ZM 5合金的工藝

9.6無熔劑法熔煉ZM 5合金的工藝

9.7AZ91鎂合金熔煉的工藝

9.8鎂合金生產(chǎn)中需控制的重要環(huán)節(jié)

9.9兩種特殊元素的加入方法

9.10廢料復(fù)熔工藝

第10章鎂合金生產(chǎn)過程防氧化及燃燒的方法

10.1概述

10.2熔劑保護(hù)法

10.2.1熔劑的作用

10.2.2對(duì)熔劑的要求

10.2.3配制熔劑用鹽類的性質(zhì)

10.2.4常用熔劑的成分和性能

10.2.5熔劑的配制工藝

10.2.6傳統(tǒng)熔劑的不足之處

10.2.7新型無公害熔劑

10.3氣體保護(hù)法

10.3.1氣體保護(hù)機(jī)理

10.3.2保護(hù)氣體

10.3.3氣體保護(hù)與熔劑保護(hù)的比較

10.4合金化阻燃保護(hù)法

第11章鎂合金熔體的凈化與變質(zhì)處理

11.1鎂合金熔體的凈化處理

11.1.1除氣

11.1.2除夾雜物

11.2鎂合金的變質(zhì)原理及常用的變質(zhì)劑

11.2.1鎂合金的變質(zhì)原理

11.2.2常用的變質(zhì)劑

11.3Mg Al系合金的變質(zhì)處理

11.3.1過熱變質(zhì)法

11.3.2加碳變質(zhì)法

11.4Mg Zn、Mg RE系合金的變質(zhì)處理

11.4.1加鋯細(xì)化晶粒

11.4.2鋯的加入方法

11.5其他合金系的變質(zhì)處理

11.6電磁攪動(dòng)鎂合金液穴熔體細(xì)化晶粒

11.7其他鎂合金晶粒細(xì)化的工藝

11.7.1半固態(tài)成形細(xì)化晶粒工藝

11.7.2鑄錠變形處理工藝

11.7.3鑄造粉末冶金成形工藝

第12章鎂合金的澆注

12.1鎂合金澆注的特點(diǎn)及方法

12.1.1鎂合金澆注的主要特點(diǎn)

12.1.2鎂合金澆注時(shí)應(yīng)采取的措施

12.1.3半連續(xù)澆注鎂合金錠前的準(zhǔn)備

12.2鎂合金的澆注工藝制度

12.3鎂合金的澆注方法

12.3.1用澆包舀取合金熔體的澆注

12.3.2有擋板坩堝的澆注

12.4澆注過程中鎂合金熔體的保護(hù)

第13章鎂合金的質(zhì)量控制和常見缺陷及防止方法

13.1質(zhì)量控制內(nèi)容和檢測(cè)方法

13.1.1影響鎂合金質(zhì)量的因素

13.1.2鎂合金化學(xué)成分及夾雜物的檢測(cè)方法

13.2鎂合金中常見的缺陷及防止方法

13.2.1鎂合金的裂紋傾向性

13.2.2鎂合金錠及鑄件的偏析

13.2.3鎂合金錠及鑄件的冷隔

13.2.4鎂合金錠及鑄件的夾雜

13.2.5鎂合金鑄件的縮松和縮孔

13.2.6鎂合金錠中帶狀氣孔

13.2.7鎂合金錠中金屬間化合物

第14章鎂合金廢料的回收與再利用

14.1鎂合金再生概述

14.2鎂合金廢料的分類

14.2.1壓鑄廢料和機(jī)加工廢料

14.2.2報(bào)廢的鎂合金零部件

14.3鎂合金廢料的回收工藝

14.4鎂合金廢料的回收方式

14.4.1廠內(nèi)回收

14.4.2廠外回收

14.4.3廢舊汽車上鎂合金零部件的回收

14.5鎂合金廢料的前期處理

14.6鎂合金廢料的熔煉方法

14.6.1鎂切屑的重?zé)捁に?

14.6.2鎂切屑真空蒸餾法

14.6.3熔解法

14.6.4無熔劑法

14.7鎂合金廢料在熔煉中的質(zhì)量控制

14.7.1降低鎂合金中鐵的含量

14.7.2降低鎂合金中非金屬雜質(zhì)的含量

14.7.3預(yù)防外來雜質(zhì)

14.8再生鎂合金的質(zhì)量要求及檢測(cè)

14.8.1再生鎂合金的質(zhì)量要求及檢測(cè)項(xiàng)目

14.8.2再生鎂合金的檢測(cè)方法

14.9再生鎂合金的未來

參考文獻(xiàn)

炭質(zhì)還原劑的活性也是重要的。目前，氯化爐料都采用石油焦作為還原劑，就其活性而言，石油焦次于褐煤和木炭，而優(yōu)于無煙煤和焦炭。然而之所以選用這種活性居中的材料作為還原劑，是考慮到它灰分少、純度最高。此外，試驗(yàn)研究表明，還原劑的活性與其磨細(xì)程度有很大關(guān)系，即磨得越細(xì)，活性越好。

3.4.3.3 爐料的機(jī)械強(qiáng)度與孔隙度的影響

在豎式電爐中進(jìn)行氯化，爐料必須呈塊狀，而且大小要均一，只有這樣，才能使整個(gè)料柱中具有良好的透氣性，保證氯氣沿著爐子的橫截面均勻地分布與流動(dòng)。塊度過大，爐料與氯氣接觸的總表面積要減小；塊度過小，料層的透氣性又要變差；料塊大小不均，依加料方式不同，可能引起料層不同部位透氣性不一，結(jié)果會(huì)導(dǎo)致各處氯化程度不一，這是正常氯化生產(chǎn)所不能允許的。

爐料具有較高的孔隙度，對(duì)氯化反應(yīng)是有利的，因?yàn)樗梢栽黾訝t料與氯氣的接觸表面積，以加速氯化過程的進(jìn)行。

需要特別指出的是，在氯化過程中，要求爐料必須在氯化帶1073～1273K的高溫下，在承擔(dān)上層預(yù)熱、分解帶料柱的重力作用下，仍然保持著所要求的塊狀和孔隙度。為達(dá)到這一要求，目前工業(yè)上采取三種不同方式對(duì)爐料進(jìn)行加工處理。一是將天然菱鎂礦或苛性菱鎂礦及還原劑破碎、磨細(xì)后，加入瀝青作為黏結(jié)劑，加壓制團(tuán)，即所謂干團(tuán)爐料；二是用氯化鎂溶液取代上述的瀝青黏結(jié)劑，使?fàn)t料發(fā)生水泥性固結(jié)，成形后的爐料即所謂水泥爐料；三是將天然菱鎂礦和石油焦破碎到一定大小的粒狀，便可入爐，稱為顆粒氯化爐料。

3.4.3.4 爐料發(fā)熱值的影響

爐料的發(fā)熱值，是指單位質(zhì)量的爐料在氯化反應(yīng)中所析出的熱量。如前所述，有炭參加的氯化反應(yīng)是放熱反應(yīng)。在豎式爐中，這一熱量不但造成了氯化帶的高溫，而且也是決定整個(gè)電爐熱工狀況的主要熱源。而由上下兩排電極供電所產(chǎn)生的熱量，則屬整個(gè)電爐的輔助熱源。正因?yàn)槿绱?，爐料發(fā)熱值的大小便顯得十分重要。爐料的熱值過低，不能使氯化帶達(dá)到應(yīng)有的溫度，則氧化反應(yīng)的速度、MgO的氯化率及氯氣的有效利用率都要下降。爐料的發(fā)熱值過高，則可能使氯化帶溫度上升到1273K以上。這樣，爐氣溫度隨之升高，導(dǎo)致爐料的上層及表面溫度也升高，并造成爐料中的還原劑燃燒。同時(shí)，由于氯化鎂的蒸氣壓隨溫度升高而劇烈升高，大量的MgCl2將揮發(fā)，被爐氣帶出爐外，造成損失。這種揮發(fā)損失甚至能夠達(dá)到生成氯化鎂量的30％以上。

爐料的發(fā)熱值，取決于爐料的組成及其性質(zhì)。例如，在用天然菱鎂礦為原料時(shí)，爐料中適量地配入苛性菱鎂礦便可相應(yīng)地提高爐料的發(fā)熱值。又如爐料的活性高，使得氧化鎂的氯化率高，這也能增加爐料的發(fā)熱值。